Ein Mikrocontroller ist ein kompakter integrierter Schaltkreis zur Steuerung eingebetteter Systeme. Er vereint Prozessor, Speicher und Ein-/Ausgabeschnittstellen auf einem einzigen Chip. Im Gegensatz zu einem Allzweckrechner führt ein Mikrocontroller ein einziges Programm aus, oft unbegrenzt, mit präziser Zeitsteuerung und geringem Stromverbrauch.

Der erste Mikrocontroller, der Intel 4004, kam 1971 auf den Markt. Er besaß 2.300 Transistoren. Heutige Mikrocontroller enthalten Millionen von Transistoren und kosten weniger als einen Dollar. Sie werden in Spielzeug, Haushaltsgeräten, Autos und Robotern eingesetzt. Ein Roboter kann beispielsweise einen Mikrocontroller zur Motorsteuerung, einen weiteren zum Auslesen von Sensordaten und einen dritten zur Kommunikation nutzen. Die Kommunikation zwischen ihnen erfolgt über serielle Busse.

Mikrocontroller-Komponenten

• CPU: Führt Anweisungen aus.
• Flash-Speicher: Speichert das Programm.
• RAM: Speichert temporäre Daten.
• GPIO: Pins für digitale Ein- und Ausgänge.
• Peripheriegeräte: Timer, ADCs, UART, SPI, I2C.

Die Wahl eines Mikrocontrollers erfordert ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Geschwindigkeit, Speicher, Stromverbrauch und Kosten. Ein 8-Bit-ATmega ist für einen einfachen Linienfolger ausreichend. Ein 32-Bit-ARM Cortex-M4 mit Gleitkommaarithmetik eignet sich besser für einen Drohnenflugregler. Echtzeitfähigkeit ist wichtiger als die reine Taktfrequenz. Der Mikrocontroller muss innerhalb von Mikrosekunden auf Sensoreingaben reagieren. Deshalb verwenden viele Roboter Interrupts und direkten Speicherzugriff anstelle von Abfrageschleifen. Der Mikrocontroller ist das stille Arbeitstier der Robotik. Er führt kein Betriebssystem aus, sondern den Code, der die Bewegung des Roboters steuert.